猪鼻类器官模型揭示鼻腔微生物群与宿主的互作机制及免疫调控新发现

本研究为解决猪呼吸道感染中鼻腔上皮-共生菌-病原体互作机制不明的难题，开发了首个猪鼻类器官(PNO)模型。研究人员通过建立3D/2D培养体系，证实PNOs能精准模拟鼻腔黏膜结构，并发现Rothia nasimurium(Rn)通过诱导IFNγ抑制Moraxella pluralimalium(Mp)和Glaesserella parasuis(Gp)引发的炎症反应。该模型为研究呼吸道微生态平衡和抗感染策略提供了创新工具，成果发表于《Microbiome》。

　　

呼吸道健康的核心在于鼻腔上皮、共生微生物与病原体之间的复杂博弈，但长期以来缺乏能精确模拟这种互作的实验模型。猪作为重要经济动物和潜在人兽共患病载体，其鼻腔微生态研究面临双重挑战：一方面传统细胞模型难以维持生理功能，另一方面共生菌如Rothia nasimurium(Rn)与病原体如Glaesserella parasuis(Gp)的调控机制亟待解析。

为解决这些难题，西班牙IRTA-CReSA的研究团队在《Microbiome》发表突破性成果，成功构建首个猪鼻类器官(PNO)模型。通过从猪鼻甲和细胞刷取样，建立3D Matrigel培养体系，结合气液分化培养技术，证实PNOs能长期保持鼻腔假复层上皮特征，包含纤毛细胞(FOXJ1⁺)、杯状细胞(MUC5AC⁺)等关键组分。研究选取猪鼻腔优势菌M. pluralimalium(Mp)、低丰度菌Rn及条件致病菌Gp，通过共培养实验结合qPCR、免疫荧光和ELISA等技术，首次揭示Rn通过诱导干扰素γ(IFNγ)抑制其他菌株促炎因子(IL-8/IL-12/TNFα)的独特免疫调节功能。

生成与表征猪鼻类器官

研究人员从4周龄健康仔猪鼻甲分离基底细胞，在Matrigel中培养7-10天形成囊状3D结构，视频记录显示类器官腔内存在规律摆动的纤毛。通过RT-PCR和免疫染色证实，3D PNOs和分化后的2D单层均表达ZO-1(紧密连接蛋白)、乙酰化α-tubulin(纤毛标记)等关键标志物，且分化后期MUC5AC(黏蛋白5AC)表达显著增强，证明其成功模拟了鼻腔黏膜的生理屏障功能。

微生物定植动态分析

将PNOs与10³-10⁵ CFU/mL的细菌共培养发现：Mp和Gp呈现时间依赖性定植，而Rn黏附量稳定但增殖受限。值得注意的是，非致病Gp(nvGp)与Rn共培养时出现代谢协同——nvGp在单独培养时不增殖，但与Rn共培养后菌量提升100倍，暗示鼻腔微生物存在营养互作。

免疫调节机制解析

细胞因子检测显示两类响应模式：Rn单独诱导IFNγ分泌，而Mp/Gp触发IL-8/IL-12/TNFα等促炎因子风暴。当Rn与Mp/nvGp共培养时，虽Rn菌量仅10³ CFU/mL，却能完全抑制10⁷ CFU/mL病原体引发的炎症反应。但毒力Gp(vGp)可反向抑制Rn的IFNγ分泌，揭示病原体逃逸免疫监视的新机制。

该研究建立的PNO模型首次实现猪鼻腔微生态的体外精准模拟，突破性地发现Rn作为"免疫调节器"通过IFNγ维持黏膜稳态的功能。这不仅为开发替代抗生素的微生态制剂提供靶点，其非侵入性细胞刷采样方法更符合动物福利原则。未来通过整合气液界面(ALI)培养和更复杂菌群组合，该模型有望成为研究人兽共患病传播机制的重要平台。